Восстановление и усиление каменных конструкций
|
На основе анализа опыта восстановления зданий в Ленинграде, Сталинграде, Киеве и ряде других городов нашей страны, в Хиросиме и Нагасаки (Япония), Ковентри (Англия) и т. д. можно сделать вывод о том, что наименее устойчивыми при разрушении и наиболее сложными при восстановлении оказываются кирпичные многоэтажные здания со сплошными кирпичными стенами малой толщины (1—1/2 кирпича) без металлических связей и с редким расположением поперечных стен (более 12—15 м). Хорошую устойчивость имели сооружения с монолитными железобетонными перекрытиями, прочно связывающими между собой стены. В зданиях, стены которых имели металлические связи, очаги поражения в плане были значительно меньшими. Поэтому при восстановлении кирпичных сооружений оказывалась целесообразной закладка в стенах металлических анкерных связей из полосового железа, так широко применявшаяся в зданиях старой постройки, но теперь вышедшая из употребления. Разрушения каменных зданий происходят не только в военное, но и в мирное время главным образом из-за нарушений правил производства работ, и в частности правил бетонирования в процессе зимнего строительства, в результате чего в нижних этажах зданий образуются участки недостаточно отвердевшего бетона. Подобный случай произошел в г. Лахти (Финляндия), где в ) 963 г. мгновенно полностью обрушился девятиэтажный дом башенного типа с дополнительным цокольным этажом и бомбоубежищем. Аналогичные случаи отмечались в процессе строительства в разных городах и в других странах. Большинство обрушений (аварий) зданий произошло в весенний период, преимущественно в марте и апреле, в период оттаивания кладки, выполненной способом замораживания (рис. 9), и были вызваны недостаточной фактической несущей способностью простенков первого этажа.  Фундаменты. При пробоинах в фундаменте и частичном разрушении его от взрыва бомб и снарядов прежде всего проверяют состояние стен над разрушенной частью фундамента. Для безопасности работ эти стены временно закрепляют подкосами, а в этажах устанавливают стойки для передачи давления от перекрытий на грунт. Подведение фундамента одновременно по всей длине разрушенной части не разрешается, так как возможен обвал. Оно должно производиться отдельными участками шириной от 0,8 до 1,2 м, в первую очередь в наиболее опасных местах и под углами зданий. При восстановлении фундаментов необходимо особенно тщательно выполнять уплотнение грунта под подошвами новых его частей с втрамбовыванием щебня, а также обжатие и подклинивание самой кладки заполнения между основанием и сохранившейся на весу частью восстанавливаемого здания. При небольших фундаментах или незначительных нагрузках на них обжатие и подклинивание (рис. 10) осуществляются посредством стальных клиньев, забиваемых между рядами кладки и подкладок из котельного железа, а если фундамент имеет значительные размеры или испытывает большие нагрузки, — посредством домкратов через металлические балки.  Поврежденные ленточные и столбовые фундаменты усиливаются путем: — укрепления существующей кладки, имеющей недостаточную прочность, без увеличения размеров подошвы фундамента; — увеличения размеров подошвы фундамента; — углубления фундамента (в целях передачи давления на более мощный слой грунта); — устройства под зданием свайного основания; — увеличения несущей способности грунта основания.  Грунты основания (рис. 11) усиливаются цементацией, силикатизацией, смолизацией и электрохимическим закреплением. В случаях когда фундаменты получают повреждения в виде трещин (без потери несущей способности в пределах между трещинами) и необходимости в их усилении не возникает, ограничиваются заделкой жестких балок в стены у обеих их боковых поверхностей. Стены. Каменные стены из кирпичной кладки разрушаются в основном от взрывной волны, обстрелов и пожаров. При пожарах вследствие медленного повышения температуры в толще кирпичных и бетонных конструкций разрушение их в большинстве случаев распространяется на незначительную глубину. Гораздо большие деформации испытывают внутренние столбы, так как они нагреваются со всех сторон, и внутренние, менее толстые стены, нагревающиеся с двух сторон. Кладка из силикатного кирпича сопротивляется воздействию пожара значительно меньше, чем из красного кирпича. При длительном нагревании до температуры 500—600° С в ней наблюдаются расслоение кирпича трещинами на отдельные лещадки и потеря связности силикатной массы материала. Внутренние слои кладки, прилегающие к разрушенному слою и нагревающиеся до температуры свыше 400° С, теряют до 30—50% прочности. Прочность же внутренних слоев кладки из красного кирпича, прилегающих к разрушенным слоям, при нагревании до температуры 500—700° С снижается незначительно, и то главным образом из-за снижения прочности раствора. Это же снижение прочности можно не учитывать, так как за время эксплуатации сооружения в нем накапливается избыточная против проектной прочность раствора. Глубина поврежденной кладки стен выявляется простукиванием: поврежденные слои на столько непрочны, что легко при этом обваливаются. Ликвидация поверхностных повреждений и усиление стен производятся следующим образом. Если после удаления поврежденного слоя кладки прочность, устойчивость и теплотехнические свойства стен в достаточной степени сохранились, восстановительные работы заключаются в очистке стен в местах удаления кладки, расчистке швов на глубину около 2 см, промывке поврежденных мест и нанесении новой штукатурки методом торкретирования. Если же несущая способность сохранившейся части кладки не отвечает требованиям, изменяют схему несущего остова здания или усиливают стены (путем замены и утолщения кладки или применением железобетонного или металлического каркаса, состоящего из парных стоек и ригелей, охватывающих усиливаемую стену, и распорок, проходящих сквозь толщу стены), как показано на рис. 13, е.  Способ ликвидации повреждений в виде сквозных трещин (рис. 12), опасных не только для стен, в которых они образовались, но и для примыкающих к ним, зависит от причин, вызвавших их появление, а также от того, насколько они стабилизировались. Это выясняют с помощью гипсовых или пластинчатых маяков (рис. 13, и), устанавливаемых в различных местах по длине трещины. Если в результате регулярных наблюдений за маяками (записываемых в журнал) установлено, что трещина продолжает развиваться, выясняют и устраняют причины этого явления. При отклонении наружных стен от вертикали они отрываются от поперечных стен, образуя вертикальные трещины. Если верх стены отклонится более чем на 1/3 ее толщины, создается угроза обрушения. В этом случае деформированная часть стены подлежит разборке. Разборку ведут до той точки, в которой отклонение стены меньше 1/3 ее толщины, затем производят выправление и крепление стены. Если наклон стены не превышает 1/3 толщины, ее следует немедленно укрепить временными подкосами, по возможности выправить и надежно закрепить металлическими связями (рис. 13). Если же наклон не превышает 1/6 толщины стены, подкосы не устанавливают, а ограничиваются лишь креплением наклонившихся стен к поперечным стенам анкерами.   Стабилизировавшиеся трещины заделывают несколькими способами. Небольшие трещины (шириной до 4 мм) после тщательной расчистки и промывки ликвидируют нагнетанием в кладку или заливкой в трещины жидкого цементного раствора (1:3), а также путем зачеканки трещин цементным раствором на максимально возможную глубину. Более широкие трещины заделывают кирпичом. Для этого часть кладки разбирают с обеих сторон трещины по всей ее длине снизу вверх на ширину не менее чем в один кирпич и на глубину в полкирпича. Разобранная часть стены после тщательной расчистки облицовывается кирпичом вперевязку на цементном или смешанном растворе, а середина трещины заливается жидким цементным раствором. Иногда при заделке таких трещин ограничиваются устройством кирпичных шпонок, показанных на рис. 13, г. При заделке больших трещин в тонких стенах и в стенах с кладкой на слабом растворе старая кладка разбирается вдоль трещин на всю толщину стены. Для усиления стен в особо ответственных местах применяются металлические связи — анкеры или пояса из круглого, полосового и фасонного железа, которые уменьшают ширину трещин посредством специальных натяжных приспособлений (стяжных муфт и т. п.). Особенно необходимы эти связи при образовании трещин в стенах, имеющих отклонение от вертикали (для того чтобы попытаться вернуть их в первоначальное положение). Анкеры (рис. 13, м) располагают у внутренней поверхности поврежденной стены в плоскостях перекрытий и натягивают стяжными муфтами до появления металлического звона. Расстояние между тяжами принимается от 4 до 6 м с таким расчетом, чтобы на каждую связь приходилась зона стены площадью не более 20 м2. Особое внимание обращается на надежное закрепление концов связей в стенах, которое выполняется гайками с большими шайбами или обрезками швеллеров. Для улучшения натяжения иногда анкеры нагревают, но при этом в дальнейшем должно быть обеспечено постоянство их температуры. Возможно также применение парных анкеров, располагаемых у внутренней и наружной поверхностей стены, но в этом случае обязательно нужны дополнительные сложные устройства, для того чтобы уберечь расположенные снаружи анкеры от влияния колебаний температуры воздуха. Если уменьшать размеры трещин необязательно, ограничиваются установкой связей из полосового или фасонного металла в зоне трещин с одной или двух сторон стены (рис. 13, ж и л) в зависимости от того, имеется ли у нее боковое выпучивание. Вертикальные трещины по бокам проемов стен предварительно могут быть уменьшены домкратами и системой деревянных распорок и стоек (которые потом убираются) или путем предварительного нагревания усиливающих металлических элементов. Отколовшиеся от стен углы зданий крепятся металлическими балками, жестко соединяемыми между собой вуглу (рис. 13,з). Балки укладывают в вырубленные с внутренней и наружной сторон стены борозды, стягивают между собой болтами, концы которых утепляют во избежание промерзания, а затем бетонируют для предохранения от коррозии и влияния колебаний температуры воздуха. В случае раздробления кладки и при других затруднениях крепления балок в углах здания применяют жесткие клепаные или сварные диафрагмы из котельного железа, окаймленного уголками (рис. 13,к). Различают два вида разрушения кирпичных стен: один — когда часть стены обрушилась снизу доверху и другой — когда кладка выше места обрушения сохранилась и находится на весу. В зависимости от этого восстановительные работы ведутся по-разному. В первом случае поверхность поврежденной кладки расчищают штрабами и после промывки ее водой возводят новую кладку. Во втором — предварительно производят раскрепление деревянными рамами или стойками в распор (как показано на рис. 13, б) уцелевшей части кладки, расположенной выше обрушившейся, а затем осторожно с применением вспомогательного постепенно удаляемого крепления разбирают ненадежную часть кладки и делают расчистку и промывку поверхности старой кладки в тех местах, где к ней будет примыкать новая. После этого возводят новую кладку. При значительных обрушениях стен (площадью более 5 м2) кладка возводится поочередно участками, начиная с выкладки простенков и краев, с тщательным подклиниванием клиньями или домкратами. Столбы и колонны. Поверхностные повреждения внутренних каменных столбов в зависимости от толщины разрушенного слоя ликвидируются тремя способами: 1. Нагруженные столбы с толщиной слоя разрушенной кладки не более 2 см и ненагруженные столбы, у которых толщина этого слоя достигает 6 см, восстанавливаются так же, как кирпичные стены. В усилениях такие столбы не нуждаются. 2. Нагруженные столбы с толщиной разрушенного слоя не более 6 см, потерявшие несущую способность на 15—36%, усиливаются легкой штукатурной обоймой. При этом отбивают поврежденную кладку, расчищают швы, промывают оставшуюся кладку и устанавливают замкнутую по периметру металлическую сетку. По сетке наносится методом торкретирования цементная штукатурка на растворе марки 50 так, чтобы образовался защитный слой толщиной не менее 2 см. 3. Нагруженные столбы с толщиной разрушенного слоя до 10 см, потерявшие несущую способность на 40% и более, усиливаются тяжелой железобетонной обоймой толщиной не менее 10 см из бетона марки 90—110, армированного в горизонтальном направлении хомутами из 6—8-мм проволоки, а в вертикальном — рабочей арматурой сечением 10 мм и выше. Приведенный расчетный предел прочности кладки, заключенной в обойму, определяется по формуле  где Ra — приведенный предел прочности кладки, усиленной обоймой; R — расчетный предел прочности кладки до ее усиления; Рс — отношение объема металла горизонтальных хомутов к объему кладки, %. Восстановление каменных столбов, имеющих повреждения в виде сквозных трещин, производится путем частичной или полной замены их кладки новой, нагнетания в их кладки цементного раствора, а также установкой вокруг поврежденных столбов объемлющих их дополнительных столбов или устройством обойм. При замене кладки столбов новой предварительно раскрепляются все вышерасположенные конструкции и производится разгрузка столба. Работы по замене поврежденной кладки новой должны выполняться особенно тщательно, с применением быстротвердеющих и безусадочных цементов. Поддерживаемые столбами конструкции надежно подклиниваются и подливаются цементным раствором. Нагружение столбов осуществляется только после достижения кладкой требуемой прочности. Усиление поврежденных столбов путем устройства новых, объемлющих старые, а также железобетонными или металлическими обоймами показано на рис. 14. Металлические обоймы должны быть обетонированы цементным раствором из противокоррозионных и противопожарных соображений.  |
